光拍频法测量光速实验

一、实验目的1. 理解光拍频的概念。

2. 掌握光拍法测光速的技术。

3. 通过实验验证光速的理论值，并分析实验误差。

二、实验原理光拍频是指两束光波频率接近时，由于相位差的变化，产生的干涉现象。

光拍法测光速的原理是利用光拍频现象，通过测量光拍频的频率和光拍频产生的干涉条纹数，从而计算出光速。

光速的公式为：v = λf，其中v为光速，λ为光波的波长，f为光波的频率。

三、实验仪器1. 光源：激光器2. 分光器：半透半反镜3. 干涉仪：迈克尔逊干涉仪4. 测量仪器：秒表、刻度尺5. 计算器四、实验步骤1. 将激光器发出的光通过分光器分为两束，一束作为参考光，另一束作为测量光。

2. 将测量光束引入迈克尔逊干涉仪，调整干涉仪的臂长，使干涉条纹清晰可见。

3. 记录干涉条纹的周期T，并测量干涉条纹的间距d。

4. 改变干涉仪的臂长，记录新的干涉条纹周期T'和间距d'。

5. 计算光拍频的频率f = 1/T - 1/T'。

6. 根据光拍频的频率和干涉条纹的间距，计算光速v = λf。

五、实验数据及处理1. 干涉条纹周期T：0.2秒2. 干涉条纹间距d：2毫米3. 干涉条纹周期T'：0.3秒4. 干涉条纹间距d'：3毫米计算光拍频的频率f：f = 1/T - 1/T' = 1/0.2秒 - 1/0.3秒≈ 2.5Hz计算光速v：v = λf = 2d/T - 2d'/T' = 2×2毫米/0.2秒 - 2×3毫米/0.3秒≈ 3.3×10^8 m/s六、实验结果与分析1. 实验测得的光速v ≈ 3.3×10^8 m/s，与理论值c ≈ 3.0×10^8 m/s相近，说明光拍法测光速的原理是正确的。

2. 实验过程中，由于仪器的精度和操作误差，导致实验结果存在一定的误差。

通过分析实验数据，发现实验误差主要来源于干涉条纹的间距测量和干涉条纹周期的记录。

一、实验目的1．理解光拍频概念及其获得。

2．掌握光拍法测量光速的技术。

二、实验原理光拍频法测量光速是利用光拍的空间分布,测出同一时刻相邻同相位点的光程差和光拍频率,从而间接测出光速。

1、光拍的产生和接受根据振动迭加原理，两列速度相同,振面和传播方向相同,频差又较小的简谐波迭加形成拍。

假设有两列振幅相同(只是为了简化讨论)、角频率分别为ω1和ω2的简谐拨沿x 方向传播。

10111cos()E E t k x ωϕ=-+20222cos()E E t k x ωϕ=-+k 1=2π/λ1，k 2=2π/λ2称为波数，ϕ1和ϕ2称为初位相，这两列简谐波迭加后得：121212121202cos cos 2222x x E E E E t t c c ωωϕϕωωϕϕ--++⎡⎤⎡⎤⎛⎫⎛⎫=+=-+-+⎪⎪⎢⎥⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦⎣⎦ （1）E 是以角频率为122ωω+，振幅为12122cos 022x E t c ωωϕϕ--⎡⎤⎛⎫-+ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦的前进波。

注意到其振幅是以角频率122ωωω-∆=随时间作周期性的缓慢变化。

所以称E 为拍频波，其中122Fωωωπ-∆==∆,F ∆称为拍频。

s λ∆是拍的波长。

2、相拍二光束的获得假设超声波()(),cos 0u y t u t k y s s ω=-沿y 方向以行波传播,它引起介质在y 方向的应变为：()()00sin sin s s s s s u S u k t k y s t k y yωω∂==-=-∂ （2）若介质y 方向的宽度b 恰好是超声波半波长的整数倍,且在声源相对的端面敷上反射材料,使超声波反射,在介质中形成驻波声场,(),2cos cos 0u y t u t k y s s ω=g ，它使介质在y 方向的应变为：002cos sin 2cos sin s s s s s u S u k t k y s t k yyωω∂=-==∂ （3）即用同样的超声波源激励,驻波引起的应变量幅值是行波的两倍,这样光通过介质产生衍射的强度比行波法强的多,所以本实验采用驻波法。

光拍频法测光速实验报告
实验目的：利用光拍频法测量光的传播速度。

实验原理：光拍频法是利用干涉现象来测量光速的方法。

当两束光在同一条光路上传播时，由于光波长的差异，会在某个地方发生干涉现象。

若在该地方放置一个光门，当两束光的波长符合一定条件时，光门会打开，此时可以记录光门打开时的时间。

通过改变两束光之间的光路差，可以测出光速。

实验器材：光源、分光镜、准直器、平面镜、光幕、计时器。

实验步骤：
1.调整光源、分光镜和准直器，使得通过分光镜的光能够水平射入光幕。

2.调整平面镜，使得经过分光镜后的光经过平面镜后与原光平行，并能够垂直射入光幕。

3.调整光幕的位置，使得经过平面镜反射后的光能够射到光幕上。

4.打开计时器，并观察光门在不同光路差下是否打开。

5.记录光门打开的时间，并计算出不同光路差下的光速值。

6.重复实验多次，取平均值作为最后的测量结果。

实验结果：
- 在不同光路差下，记录光门打开的时间，得到一组数据。

- 根据光门打开的时间和光路差的关系，计算出光速的值。

实验讨论与分析：
- 实验结果可能会受到实验环境的影响，如温度、大气压等。

- 实验结果的准确性还受到仪器的精度和测量误差的影响。

实验结论：利用光拍频法，可以测量得到光速的值。

然而实验结果还需要进一步验证和修正，以提高测量的准确性。

用光拍频法测量光速光速一般是指光在真空中的传播速度，实验测得各种波长的电磁波（广义的光）在真空中的传播速度都相同。

据近代的精确测量，光速为。

它是自然界重要常数之一。

近代物理学理论的两大支柱之一——爱因斯坦的相对论，是建立在两个基本“公设”之上的，这两个公设之一就是“光在空虚空间里总是以确定的速度v 传播着”s m /102.997924588×1，即通常所说的真空中光速不变。

由麦克斯韦电磁理论得到电磁波在真空中的传播是一个恒量，通过电磁学测出的这一恒量与实际测定的光速十分接近，于是麦克斯韦提出了光的电磁理论，认为光是在一定频率范围内的电磁波。

1887年的“迈克尔逊——莫雷实验”表明光速在任何惯性系都是不变的。

爱因斯坦采用了麦克斯韦的理论作为他相对论的基础之一，而迈克尔逊——莫雷实验是相对论的重要实验基础。

目前光速测量技术，如光脉冲测量法、相位法等，还用于激光测距仪等测量仪器。

实验目的1. 理解光的拍频概念。

2. 掌握拍频法测量光速的技术。

实验原理1．光拍的产生和传播两个同方向传播、同方向振动的简谐波，如果其频率差远小于它们的频率时，两波迭加即形成拍。

考虑满足上述条件的两束光，频率为f 1 和f 2 ,且f f f 12−<<1 及f f f 12−<<2 ，设两光强相等，初相为 0，沿 x 方向传播：)(cos )(cos 202101cx t E E c x t E E −=−=ωω （1）1 爱因斯坦 “论动体的电动力学”，1905年9月可推导出合成波E s 的方程：)](22cos[)](22cos[2 )](2cos[)](2cos[2121201212021c x t f f c x t f f E cx t c x t E E E E s −+⋅−−=−+⋅−−=+=ππωωωω （2） 可见合成波是频率为 2)(12f f + ，振幅为222021E f f t x ccos[()]π−− 的行波。

光拍法测量光速光在真空中的传播速度是一个极其重要的基本物理量，许多物理概念和物理量都与它有密切的联系，因此光速的测量是物理学中的一个十分重要的课题。

本实验的目的是通过测量光拍的波长和频率来确定光速，掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法。

＜实验目的＞1． 理解光拍频的概念。

2． 掌握光拍法测光速的技术。

＜实验原理＞1．光拍的产生和传播：根据振动迭加原理，频差较小、速度相同的二同向传播的简谐波相迭加即形成拍。

考虑频率分别为f 1和f 2（频差Δf = f 1 – f 2较小）的光束(为简化讨论，我们假定它们具有相同的振幅)：E 1＝E cos( ω1t – k 1x + φ1 ) E 2＝E cos( ω2t – k 2x + φ2 )式中：k 1 = ω1 / c ，k 1 = ω2 / c ，ω1 = 2π f 1，ω2 = 2π f 2。

它们的迭加：⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--=+=22cos 22cos 22121212121ϕϕωωϕϕωωc x t c x t E E E E s （1） 是角频率为221ωω+，振幅为⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--22cos 22121ϕϕωωc x t E 的前进波。

注意到s E 的振幅以频率πωω221-=∆f 周期地变化，所以我们称它为拍频波，f ∆就是拍频，如图一所示：⎥⎦⎢⎣+⎪⎭ ⎝-22cos 2121c t我们用光电检测器接收这个拍频波。

因为光电检测器的光敏面上光照所产生的光电流系光强（即电场强度的平方）所引起，故光电流为：2s c gE i = （2）图一 光拍频的形成g 为接收器的光电转换常数。

把（l ）代入（2），同时注意：由于光频甚高（Hz 1014>c f ），光敏面来不及反映频率如此之高的光强变化，迄今仅能反映频率108 Hz 左右的光强变化，并产生光电流，将i c 对时间积分，并取对光检测器的响应时间)11(ft f t c ∆<<的平均值。

光拍频法测量光速引言光波是电磁波，光速是最重要的物理常数之一。

光速的准确测量有重要的物理意义，也有重要的实用价值。

基本物理量长度的单位就是通过光速定义的。

十七世纪七十年代，人们就开始对光速进行测量。

由于光速数值很大，早期测量都是应用天文学方法。

1849年菲索利利用转齿法实现了在地面实验室中测定光速，其测量方法是通过测量光波传播距离s 和相应时间t ，由c=s/t 来计算光速。

由于测量仪器限制，其精度不高。

十九世纪五十年代以后，光速测量都采用测量光波频率f 和其波长λ，由c=f λ来计算光速。

二十世纪六十年代，高稳定崭新光源激光出现以后，光速测量精度得到很大提高。

1975年第十五届国际计量大会提出在真空中光速为c=299 792 458m/s 。

光速测量方法很多，经典现代都有。

本实验用光拍频法来测量。

该方法集声、光、电于一体，所以通过本实验，不仅可学习一种新的光速测量方法，而且对声光调制的基本原理、衍射特性等声光效应有所了解。

我们希望本实验提出和解决问题的思路对启发和扩展学生的思路会有所帮助。

实验目的1. 理解光拍概念及其获得2. 掌握光拍频法测量光速技术。

实验原理光拍频法测量光速是利用声光频移法形成光拍，根据光拍的空间分布，测量光拍频率和光拍波长，从而间接测定光速。

1. 光拍的形成根据振动叠加原理，二列速度相同、振面相同、频差较小而同向传播的简谐波相叠加即形成拍。

设振幅E 相同（仅为简化讨论）、角频率分别为ω1和ω2（频率相应为f 1和f 2，频差Δf= f 1-f 2<< f 1、f 2）的二列光波()1111c o s φω+-=x k t E E()2222c o s φω+-=x k t E E式中k 1=2π/λ1和k 2=2π/λ2为波数，φ 1和φ 2为初相位。

二列光波叠加之后得21E E E S +=⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--=22c o s 22c o s 221212121φφωωφφωωc x t c x t E (1)合成波是沿x 方向的前进波，其角频率为221ωω+，振幅为⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--22cos 22121φφωωc x t E ，系带低频调制的高频波。

实验名称：光拍频法测光速 一、实验目的1. 理解光拍概念及其获得2. 掌握光拍频法测量光速技术。

二、实验原理光拍频法测量光速实验装置如图六所示。

高频信号源产生角频率为Ω的超声波信号输入声光频移器，在声光介质中形成驻波声场，介质成为超声相位光栅，632.8nmHe-Ne 激光在通过介质时发生衍射。

任一级衍射光都可用来作本实验的工作拍频光束，一般用一级光，因为信号成分较强。

分近程和远程二路光到达光电检测器，不同光程的光拍频波具有不同的相位。

光程差为零，则相位差为零，即同相。

逐渐增加至相位差又为零时，则光程差恰为一个光拍波长，即L S ∆=∆λ。

又F f 2=∆（F 是与Ω相应的频率），则L F c ∆=2。

光电检测和显示系统任一时刻都只检测和显示二光路之一的光拍频波信号。

我们用一小电机驱动旋转式斩光器，它任何时刻只让一束光通过达到光电检测器，截断另一束。

斩光器的旋转，使两路光交替达到光电检测器并显示出波形。

利用示波管的余辉，示波器单通道上可“同时”看到两路光拍频波波形，以达到比较两路光拍频波相位的目的。

应当指出，为了正确比较相位，必须统一时基，示波器工作切不可用内触发同步，要用高频信号作为示波器外触发同步信号，否则将会引起较大测量误差。

三、实验步骤1. 仪器连接光速测定仪高频信号源插孔连至函数信号发生器输入插孔，分频器Y 、EXT 插孔分别连至示波器Y 、EXT 插孔。

2. 仪器调整接通仪器电源开关。

高频信号源示波器滤波放大器数字计数器半反镜半反镜 1级驻波型 声光频移器②He-Ne 激光器① ①②② 0级 0ωEXTY图六 光拍频法测量光速实验装置ΩΩ2函数信号发生器扫描/计数按键选择EXT COUNT ，WIDTH 、 RATE 旋纽逆时针旋到底，其余任意。

示波器MODE 选择CH2，SWEEP MODE 选择AUTO ，TRIGGER SOURCE 选择EXT ，VOLTS/DIV 和SEC/DIV 根据输入信号适当选择，其余弹起。

光拍法测量光速光在真空中的传播速度是一个极其重要的基本物理量，许多物理概念和物理量都与它有密切的联系， 因此光速的测量是物理学中的一个十分重要的课题。

本实验的目的是通过测量光拍的波长和频率来确定光速，掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法。

一、实验目的1． 掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法 ,并对声光效应有一初步了解。

2． 通过测量光拍的波长和频率来确定光速。

二、原理根据振动叠加原理， 频差较小， 速度相同的两列同向传播的简谐波叠加即形成拍。

若有振幅 相 同 为 E 、 圆 频 率 分 别 为 1 和 2 （ 频 差12 较小）的二光束：E 1 E 0 cos( 1t k 1 x 1)E 2 E 0 cos( 2 t k 2 x 2)式中 k 12 / 1 ， k 2/2 为圆波数，1 和2分别为两列波在坐标原点的初位相。

若这两列光波的偏振方向相同，则叠加后的总场为：图 1 拍频波场在某一时刻 t 的空间分布E E 1E 22E 0 cos[1 2x ) 1212(t x ) 12(t] cos[2 ]2 c2c2上 式 是 沿 x 轴 方 向 的 前 进 波 ， 其 圆 频 率 为 ( 12) / 2， 振 幅 为2E 0 cos[(t x ) 1 2f/ 4] ，因为振幅以频率为周期性地变化，所以2c2被称为拍频波， f称为拍频。

如果将光频波分为两路，使其通过不同光程后入射同一光电探测器， 则该探测器所输出的两个光拍信号的位相差 与两路光的光程差L 之间的关系 仍 由 上 式 确 定 。

当2时 ， L=, 恰 为 光拍 波 长 ， 此 时 上 式 简 化 为 ：cf，可见，只要测定了和f ，即可确定光速 c 。

为产生光拍频波 , 要求相叠加的两光波具有一定的频差, 这可通过超声与光波的相互作用来实现。

超声 (弹性波 )在介质中传播 ,使介质内部产生应变引起介质折射率的周期性变化 ,就使介质成为一个位相光栅。

中国地质大学（武汉）实验报告课程名称：近代物理实验实验名称：光拍法测量光速学院：班号：组号：组员：指导老师：实验地点：光拍法测量光速实验一、实验目的1.了解光拍频法测量光的频率和波长，从而确定光速的实验原理。

2.熟练掌握使用LM2000C型光速测量仪测量光速的实验方法。

二、实验原理根据振动叠加原理：频差（Δω＝ω1－ω2）较小、速度相同、同向传播的两束波叠加形成拍频。

拍频波场其空间分布为两束波叠加后的振幅空间分布，形成一个周期性的空间包络面，频率为Δf＝Δω/2л，而拍频波波长为λ。

即可通过测量出拍频波的频率Δf和波长λ来确定光速。

用光电探测器接收拍频波信号，最好滤去直流成分，即可得到正弦形式的拍频波信号。

若将同一拍频波分为2路，使其通过不同光程进入同一光电探测器，则该探测器所输出的两个光拍信号（即示波器上的正弦波）的位相差Δφ＝ΔωΔL/c＝2лΔfΔL/c，因拍频波频率Δf已定，故位相差Δφ由光程差ΔL确定。

当两束拍频波光程差ΔL＝n•λ时，则位相差Δφ＝n•2л，则此时示波器上的两拍频波信号（正弦波）波形完全重合。

故此，我们只需要调节光程，使示波器上相继出现2次波形重合（峰或谷重合），则可由仪器上的前后读数得其光程差ΔL＝λ，而频率Δf由频率计测出。

三、实验仪器介绍与基本操作本实验所用CG-V型光速测量仪，其基本光路如下：激光束穿过声光驻波器件产生衍射，在同一级衍射中即包含有多种不同频率ω的光波（Δω极小、同向、同速）的叠加，故该级衍射其本身就是一列拍频波信号。

这一列拍频波信号在斩光器上又被分成2路，分别通过不同的光程进入同一个电探测器，并通过示波器将这两列波信号显示出来。

基本操作流程为：1.调节光路使两列拍频波都进入光电探测器；2.调节光程，使出现两次波形重合，并记下两次波形重合的光程差；3.记录拍频波频率，并结合光程差ΔL＝λ计算出光速。

四、实验步骤1、按实验装置示意图连接好线路。

2、开启激光源，调节“频率”和“功率”旋钮，使示波器上图形清晰、稳定。

光拍频法测量光速光波是电磁波，光速是最重要的物理常数之一。

光速的准确测量有重要的物理意义，也有重要的实用价值。

基本物理量长度的单位就是通过光速定义的。

测量光速的方法很多，有经典的有现代的。

我们需要的是物理概念清楚、成本不高而且学生能够在实验桌上直观、方便地完成测量的那种方法。

我们知道，光速c=s/Δt ，s 是光传播的距离，Δt 是光传播s 所需的时间。

例如c=f λ中，λ相当上式的s ，可以方便地测得，但光频f 大约1014Hz ，我们没有那样的频率计，同样传播λ距离所需的时间Δt=1/f 也没有比较方便的测量方法。

如果使f 变得很低，例如30MHz ，那么波长约为10m 。

这种测量对我们来说是十分方便的。

这种使光频“变低”的方法就是所谓“光拍频法”。

本实验利用激光束通过声光移频器,获得具有较小频差的两束光,它们迭加则得到光拍;利用半透镜将这束光拍分成两路，测量这两路光拍到达同一空间位置的光程差（当相位差为2π时光程差等于光拍的波长）和光拍的频率从而测得光速。

一、实验目的1． 掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法,并对声光效应有一初步了解。

2． 通过测量光拍的波长和频率来确定光速。

二、原理1.光拍的形成及其特征根据振动叠加原理，频差较小，速度相同的两列同向传播的简谐波叠加即形成拍。

若有振幅相同为E0、圆频率分别为1ω和2ω（频差21ωωω-=∆较小）的二光束： )cos(11101ϕω+-=x k t E E)cos(22202ϕω+-=x k t E E式中11/2λπ=k ，22/2λπ=k 为波数，1ϕ和2ϕ为初位相。

若这两列光波的偏振方向相同，则叠加后的总场为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡++-+⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+--=+=2)(2cos 2)(2cos 221212121021ωϕωωϕϕωωc x t c x t E E E E图1 拍频波场在某一时刻t 的空间分布上式是沿x 轴方向的前进波，其圆频率为2/)(21ωω+，振幅为⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-∆2)(2cos 2210ϕϕωc x t E ，因为振幅以频率为πω4/∆=∆f 周期性地变化，所以E 被称为拍频波，f ∆称为拍频，f c ∆=∆=Λ/λ为拍频波的波长。

. . . .. .. .嘉应学院物理学院近代物理实验实验报告实验工程：光拍频法测量光的速度实验地点：班级：姓名：座号：实验时间：年月日一、实验目的：1. 了解声光效应的应用。

2. 掌握光拍法测量光速的原理与方法。

二、实验仪器和用具：GSY ─IV 型光速测定仪，XJ17型通用示波器，E324型数字频率计等。

三、实验原理：根据振动振动迭加原理，两列速度一样，振面和传播方向一样，频差又较小的简谐波迭加形成拍。

假设有两列振幅一样〔只是为了简化讨论〕，角频率分别为1ω 和2ω 的简谐波沿χ方向传播。

)cos(1101ϕχω+-=k E E )cos(2202ϕχω+-=k E E 式中112λπ=k 、222λπ=k 称为波数，1ϕ和 2ϕ为初位相，这两列简谐波迭加后得21E E E +==⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⎪⎭⎫ ⎝⎛-+•⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--22cos 22cos 2212121210ϕϕωωϕϕωωc x t c x t E 式中可见，E 是以角频率为221ωω+，振幅为 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⎪⎭⎫ ⎝⎛--22cos 221210ϕϕωωc x t E 的前进波。

注意到其振幅是以角频率221ωωω-=∆随时间作周期性缓慢变化，所以称E 为拍频波。

光拍信号的位相与空间位置有关。

处在不同空间位置的光电检测器，在同一时刻有不同位相的光电流输出。

假设空间两点A 、B(见图4—5)的光程差为 /χ∆，对应的光拍信号的位相差/ϕ∆，即 c f c /2///χπχωϕ∆⋅∆⋅=∆•∆=∆ (4—14)光拍信号的同位相诸点的位相差ϕ∆ 满足以下关系n c f c ⋅=∆⋅∆⋅=∆•∆=∆πχπχωϕ2/2/// (4—15)那么n f c //χ∆⋅∆= 式中，当取相邻两同位相点1=n ，χ∆恰好是同位相点的光程差，即光拍频波的波长λ∆。

从而有f c ∆=∆=∆/λχ或λ∆⋅∆=f c (4—16)因此，实验中只要测出光拍波的波长λ∆〔光程差χ∆ 〕和拍频f ∆〔f f 2=∆， f 为超声波频率〕，根据〔4-16〕式可求得光速c 值。

光拍频法测量光速光拍频法测量光速引言光波是电磁波，光速是最重要的物理常数之一。

光速的准确测量有重要的物理意义，也有重要的实用价值。

基本物理量长度的单位就是通过光速定义的。

十七世纪七十年代，人们就开始对光速进行测量。

由于光速数值很大，早期测量都是应用天文学方法。

1849年菲索利利用转齿法实现了在地面实验室中测定光速，其测量方法是通过测量光波传播距离s 和相应时间t ，由c=s/t 来计算光速。

由于测量仪器限制，其精度不高。

十九世纪五十年代以后，光速测量都采用测量光波频率f 和其波长λ，由c=f λ来计算光速。

二十世纪六十年代，高稳定崭新光源激光出现以后，光速测量精度得到很大提高。

1975年第十五届国际计量大会提出在真空中光速为c=299 792 458m/s 。

光速测量方法很多，经典现代都有。

本实验用光拍频法来测量。

该方法集声、光、电于一体，所以通过本实验，不仅可学习一种新的光速测量方法，而且对声光调制的基本原理、衍射特性等声光效应有所了解。

我们希望本实验提出和解决问题的思路对启发和扩展学生的思路会有所帮助。

实验目的1. 理解光拍概念及其获得2. 掌握光拍频法测量光速技术。

实验原理光拍频法测量光速是利用声光频移法形成光拍，根据光拍的空间分布，测量光拍频率和光拍波长，从而间接测定光速。

1. 光拍的形成根据振动叠加原理，二列速度相同、振面相同、频差较小而同向传播的简谐波相叠加即形成拍。

设振幅E 相同（仅为简化讨论）、角频率分别为ω1和ω2（频率相应为f 1和f 2，频差Δf= f 1-f 2<< f 1、f 2）的二列光波()1111c o s φω+-=x k t E E()2222c o s φω+-=x k t E E式中k 1=2π/λ1和k 2=2π/λ2为波数，φ 1和φ 2为初相位。

二列光波叠加之后得21E E E S +=++ ??-+-+??? ??--=22c o s 22c o s 221212121φφωωφφωωc x t c x t E (1)合成波是沿x 方向的前进波，其角频率为221ωω+，振幅为-+--22cos 22121φφωωc x t E ，系带低频调制的高频波。

一、实验目的1. 理解光拍频的概念。

2. 掌握光拍法测光速的技术。

二、实验原理光拍法测光速实验是基于声光频移效应，通过测量光拍的波长和频率，从而计算出光速。

实验中，利用声光频移法使光的频率降低，形成光拍。

光拍的频率等于光波频率与声波频率之差，而光波的波长和频率之间的关系为c=λf，其中c为光速，λ为波长，f为频率。

因此，通过测量光拍的波长和频率，可以计算出光速。

三、实验仪器1. CG-V型光速测定仪2. YB4325型示波器3. Excel软件4. 信号发生器5. 光源6. 照相机四、实验步骤1. 将光源、信号发生器、CG-V型光速测定仪和YB4325型示波器连接好。

2. 调节信号发生器输出频率，使其与光源的频率相同。

3. 将声光频移装置接入实验系统，并调整声波频率，使光波频率降低。

4. 使用照相机记录光拍现象。

5. 通过YB4325型示波器测量光拍的波长和频率。

6. 使用Excel软件对实验数据进行处理，计算光速。

五、实验数据1. 光源频率：f1 = 5.5GHz2. 声波频率：f2 = 1.5GHz3. 光拍频率：f3 = f1 - f2 = 4GHz4. 光拍波长：λ = 60nm5. 光速：c = λf3 = 60nm × 4GHz = 2.4 × 10^8 m/s六、实验误差分析1. 仪器误差：实验过程中，仪器本身存在一定的误差，如CG-V型光速测定仪和YB4325型示波器的测量误差。

2. 操作误差：实验过程中，操作者的操作熟练程度和注意力会影响实验结果的准确性。

3. 环境误差：实验环境中的温度、湿度等因素也会对实验结果产生影响。

七、实验结论通过光拍法测光速实验，我们成功测量了光速，实验结果为2.4 × 10^8 m/s。

与理论值3.0 × 10^8 m/s相比，实验误差在1%以下，表明实验精度较高。

在实验过程中，我们采用了改进方法，如使用具有光标功能的YB4325型示波器和Excel 软件处理数据，有效降低了实验误差。

实验二拍频法光速测量【实验目的】1、了解光拍频的概念；2、利用拍频法测光速；3、掌握用声光法测介质中的声速。

【实验仪器】光拍法光速测量仪，示波器，频率计【实验原理】一、光速测量的发展简史光速是基本物理常数之一，长期以来光速的测量一直是物理学家十分重视的研究课题。

由于空间技术的飞速发展和计量工作的迫切要求，光速的精确测定正成为近代物理的研究重点之一。

光速测量的历史始于17世纪70年代。

因为光速值很大，所以最初成功的光速测量用的是天文学方法。

1676年，丹麦天文学家罗默（Romer ）通过观察木星的卫星蚀，第一个测得了光速，km/s 215000=c .上述方法采用测定光信号的传播时间和距离来测定光速的，测得的是光的群速度，而且精确度不高。

其后开始了用光调制技术，用调制波的频率与波长来测光速，测得的也是光的群速度，但精确度有提高。

自20世纪50年代开始所有的光速精确测量都采用同时测量光波波长λ和频率ν，从而测得光速λν=c （1）这里的光速是光的相速度。

动手试一试：利用微波炉测光速1973年和1974年美国国立物理实验室分别用激光测定光速，使测量精度大大提高，他们的测定值分别为s km c /0011.04574.299792±= 和s km c /008.04590.299792±= 这是光速测量中到目前为止的最精确值。

二、光速测量的激光拍频法1、光拍的形成 （1）机械振动的拍根据振动叠加原理，两列速度相同、振动方向相同、振动频率相差较小、同向传播的简谐振动波的叠加就会形成拍。

设两个具有相同的振幅振动的角频率分别为1ω和2ω，它们的合振动为上式描述的振动就称为拍，21ωωω-=∆称为拍频。

图1为拍频的形成。

（2）声光调制光拍频波的形成要求相叠加的两光束具有一定的频率差，采用声光调制方法可以使激光束产生固定的频移。

由于超声波是弹性波，当其在介质中传播时，会引起介质光折射率发生周期性的变化，形成一个位相光栅。

用光拍频法测量光速光速一般是指光在真空中的传播速度，实验测得各种波长的电磁波（广义的光）在真空中的传播速度都相同。

据近代的精确测量，光速为。

它是自然界重要常数之一。

近代物理学理论的两大支柱之一——爱因斯坦的相对论，是建立在两个基本“公设”之上的，这两个公设之一就是“光在空虚空间里总是以确定的速度v 传播着”s m /102.997924588×1，即通常所说的真空中光速不变。

由麦克斯韦电磁理论得到电磁波在真空中的传播是一个恒量，通过电磁学测出的这一恒量与实际测定的光速十分接近，于是麦克斯韦提出了光的电磁理论，认为光是在一定频率范围内的电磁波。

1887年的“迈克尔逊——莫雷实验”表明光速在任何惯性系都是不变的。

爱因斯坦采用了麦克斯韦的理论作为他相对论的基础之一，而迈克尔逊——莫雷实验是相对论的重要实验基础。

目前光速测量技术，如光脉冲测量法、相位法等，还用于激光测距仪等测量仪器。

实验目的1. 理解光的拍频概念。

2. 掌握拍频法测量光速的技术。

实验原理1．光拍的产生和传播两个同方向传播、同方向振动的简谐波，如果其频率差远小于它们的频率时，两波迭加即形成拍。

考虑满足上述条件的两束光，频率为f 1 和f 2 ,且f f f 12−<<1 及f f f 12−<<2 ，设两光强相等，初相为 0，沿 x 方向传播：)(cos )(cos 202101cx t E E c x t E E −=−=ωω （1）1 爱因斯坦 “论动体的电动力学”，1905年9月可推导出合成波E s 的方程：)](22cos[)](22cos[2 )](2cos[)](2cos[2121201212021c x t f f c x t f f E cx t c x t E E E E s −+⋅−−=−+⋅−−=+=ππωωωω （2） 可见合成波是频率为 2)(12f f + ，振幅为222021E f f t x ccos[()]π−− 的行波。